KRISTALISASI

LAPORAN RESMI

MATERI KELOMPOK ANGGOTA

: KRISTALISASI : I / RABU : 1. ARINA HASBANA AHMAD 2. GIVENI CHRISTINA SILAEN 3. HUTOMO PRESANDITYAR 4. MUTIA ANISSA MARSYA

(21030111120019) (21030111140155) (21030111130081) (21030111140160)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2013

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN RESMI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO

Materi

: Kristalisasi

Kelompok : I / Rabu Anggota

: 1. Arina Hasbana Ahmad 2. Giveni Christina Silaen 3. Hutomo Presandityar 4. Mutia Anissa Marsya

Semarang, 10 Desember 2013 Mengesahkan, Dosen Pembimbing

Ir. Danny Soetrisnanto, MEng NIP 19541211 19541211 197901 1 001 001

ii

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN RESMI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO

Materi

: Kristalisasi

Kelompok : I / Rabu Anggota

: 1. Arina Hasbana Ahmad 2. Giveni Christina Silaen 3. Hutomo Presandityar 4. Mutia Anissa Marsya

Semarang, 10 Desember 2013 Mengesahkan, Dosen Pembimbing

Ir. Danny Soetrisnanto, MEng NIP 19541211 19541211 197901 1 001 001

ii

INTISARI Kristalisasi dari larutan sangat penting penti ng dalam industri karena banyaknya ragam bahan yang diperlukan dalam bentuk kristal. Kristalisasi adalah proses separasi di mana suatu solute terkristalkan dari larutan multikomponennya sehingga bila dilakukan dengan benar akan dapat diperoleh kristal yang relatif murni. Tujuan dari percobaan ini adalah mampu menjelaskan jenis-jenis kristalisasi, mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam kristalisasi, mampu merakit dan mengoperasikan alat percobaan MSMPR kristaliser dengan pendingin larutan. Kristalisasi dapat terjadi dari 3 macam fasa yaitu pembentukan partikel-partikel kristalin dari fasa uap, dari solute larutan ataupun dari suatu lelehan — lelehan — melt. melt. Kristalisasi dari larutan bertujuan memisahkan suatu solute dari logam multikomponen sehingga didapat produk dalam bentuk kristal yang lebih murni, sehingga kristalisasi sering dipilih sebagai salah satu cara pemurnian karena lebih ekonomis. Pada percobaan kali ini, bahan yang yang digunakan adalah kristal tawas dan air. Alat yang digunakan antara lain saturator tank, heater, pengaduk, thermoregulator, submesible pump, valve by pass, tangki pendingin, MSMPR kristaliser, penampang kristal, motor pengaduk, pompa vakum, dan buffer tank. Variabel pada percobaan per cobaan ini adalah flowrate yaitu 3,3 mL/s; 3,6 mL/s; 3,9 mL/s; 4,2 mL/s; 4,5 mL/s; dan 4,8 mL/s. Hasil percobaan yang didapat adalah massa kristal yang dihasilkan pada setiap flowrate tidak stabil, karena kontrol suhu yang tidak optimal. Kristal yang dihasilkan didominasi oleh kristal dengan ukuran kecil, hal ini dikarenakan terbentuknya inti sekunder. Pada flowrate yang besar banyak dihasilkan kristal kecil dikarenakan waktu tingal yang sebentar. Saran dari percobaan ini adalah larutan tawas harus benar-benar lewat jenuh. Volume tangki dijaga tetap 5 L. Flowrate dijaga tetap konstan. Berhati-hati dalam menggunakan thermoregulator.

iii

SUMMARY Crystallization from solution is very important in the industry because of the many variations of materials needed in the form of crystals. Crystallization is a separation process in which a solute crystallized from its multicomponent solution so that when done correctly, can be obtained relatively pure crystals. The purpose of this experiment are able to explain the types of crystallization, able to explain the variables in the crystallization operation, able to assemble and operate MSMPR kristaliser experiment with the solution cooler. Crystallization can occur from three kinds of phases, namely the formation of crystalline particles from the vapor phase, from the solute solution or melt. Crystallization from solution aims to separate a solute from its multicomponent metal in order to get the product in a more pure form of crystal, so that crystallization is often chosen as a way of purification because it is more economical. In this experiment, the materials used are alum crystal and water. Tools used include saturator tank, heater, stirrer, thermoregulator, submesible pump, valve by pass, coolant tank, MSMPR crystallizer, crystal cross section, motor stirrer, vacuum pump, and buffer tank. Variable in this experiment are the flowrate of 3,3 mL/s; 3,6 mL/s; 3,9 mL/s; 4,2 mL/s, 4,5 mL/s, and 4,8 mL/s. The experimental results obtained are crystalline mass produced at each flowrate is unstable, because the temperature control is not optimal. The resulting crystals are dominated by crystals with small size, this is due to the formation of secondary nuclei. In large flowrates produced many small crystals were briefly disenfranchised due time. Suggestion of this experiment are alum solution should be completely saturated. The volume of the tank is kept 5 L. Flowrate is kept constant. Be careful in using thermoregulator.

iv

KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan perkenaan-Nya laporan resmi praktikum operasi teknik kimia dengan materi Kristalisasi ini dapat terselesaikan. Tujuan dari penulisan laporan resmi dengan judul “Kristalisasi” adalah agar sebagai media refferensi proses kristalisasi dengan pendinginan. Tujuan lain dari penulisan laporan ini adalah sebagai pelaksanaan tugas praktikum operasi teknik kimia dan bukti hasil praktikum kristalisasi. Terima kasih disampaikan kepada Bapak Ir. Danny Soetrisnanto, M.Eng. selaku dosen pembimbing praktikum operasi teknik kimia dengan materi Kristalisasi, asisten laboratorium, laboran, dan segala pihak terkait yang telah membantu dalam terselesaikannya laporan resmi ini. Tak ada gading yang tak retak. Tidak tertutup kemungkinan laporan ini memiliki berbagai kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang membantu sangat diperlukan untuk menyempurnakan laporan ini. Semoga laporan ini bermanfaat sebagai penambah ilmu bagi semua pihak yang membutuhkan.

Semarang, 10 Desember 2013

Penyusun

v

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN........................................................................................................ii INTISARI ................................................................................................................................... iii SUMMARY ................................................................................................................................ iv KATA PENGANTAR................................................................................................................ v DAFTAR ISI ............................................................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR............................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ..................................................................................................................... ix BAB 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................. 1 1.3 Tujuan Percobaan .................................................................................................. 1 1.4 Manfaat Percobaan ................................................................................................ 2 BAB 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Pengertian .............................................................................................................. 3 2.2 Pembagian Tahapan Operasi Kristalisasi .............................................................. 3 2.3 Grafik CSD & Jenis-Jenis Kristaliser.................................................................... 7 BAB 3 Metode Penelitian 3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan ......................................................................... 12 3.2 Variabel Percobaan ............................................................................................. 12 3.3 Gambar Alat Utama: Kristaliser MSMPR (sistem kontinyu) ............................. 12 3.4 Respon Percobaan ............................................................................................... 13 3.5 Data yang Dibutuhkan ......................................................................................... 13 3.6 Prosedur Percobaan ............................................................................................. 13 BAB 4 Hasil Percobaan dan Pembahasan 4.1 Hasil Percobaan ................................................................................................... 15 4.1 Pembahasan ......................................................................................................... 16 BAB 5 Penutup 5.1 Kesimpulan.......................................................................................................... 20 5.2 Saran .................................................................................................................... 20 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................... 21

vi

LAPORAN SEMENTARA LEMBAR PERHITUNGAN REFERENSI LEMBAR ASISTENSI

vii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pembentukan inti kristal ......................................................................................... 4 Gambar 2.2 Teori Miers ............................................................................................................. 6 Gambar 2.3 Difusi Solute dari larutan ke permukaan kristal ..................................................... 7 Gambar 2.4 Ukuran produk seragam: MSCPR crystallizer ....................................................... 8 Gambar 2.5 Ukuran produk tidak seragam: MSMPR crystallizer ............................................. 8 Gambar 2.6 Oslo Surface Cooled Crystallizer ........................................................................... 9 Gambar 2.7 Oslo Evaporative Crystallizer .............................................................................. 10 Gambar 2.8 Draft Tube Baffle Crystallizer .............................................................................. 11 Gambar 3.1 Rangkaian Alat Kristaliser MSMPR .................................................................... 12 Gambar 4.1 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal ....................................................... 16 Gambar 4.2 Hubungan Diameter Kristal Terhadap Massa Kristal ........................................... 17 Gambar 4.3 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal Tiap Tray ...................................... 18

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hubungan flowrate dengan massa kristal praktis dan teoritis .................................. 15 Tabel 4.2 Massa kristal tiap tray .............................................................................................. 15 Tabel 4.3 Hubungan diameter dengan jumlah kristal ............................................................... 15

ix

KRISTALISASI

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Kristalisasi dari larutan sangat penting dalam industri karena banyaknya ragam bahan yang diperlukan dalam bentuk kristal. Kristalisasi adalah proses separasi di mana suatu solute terkristalkan dari larutan multi komponennya sehingga bila dilakukan dengan benar akan dapat diperoleh kristal yang relatif murni. Oleh karena itu kristalisasi merupakan salah satu metode yang praktis untuk mendapatkan bahan kimia murni dalam kondisi yang memenuhi syarat untuk pemasaran. Dalam kristalisasi dari larutan solute akan terkristalkan sehingga terbentuk campuran dua fasa yang disebut magma berupa fasa cairan yang disebut mother liquor-larutan induk dan fasa padat kristalin.

1.2

Rumusan Masalah

Dalam percobaan ini dilakukan operasi kristalisasi menggunakan kristaliser MSMPR dengan sistem kontinyu, respon dari percobaan ini adalah pengaruh flowrate dan waktu tinggal terhadap jumlah berat kristal yang terbentuk serta distribusi ukuran kristal yang dihasilkan CSD.

1.3

Tujuan Percobaan

1. Mampu menjelaskan jenis-jenis kristaliser. 2. Mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam kristalisasi, yaitu derajat supersaturasi larutan, flowrate feed , kecepatan pendinginan, pembentukan inti kristal, kecepatan pertumbuhan kristal, seed kristal, dan CSD produk. 3. Mampu merakit dan mengoperasikan alat percobaan MSMPR kristaliser dengan pendinginan larutan. 4. Mampu mengambil data-data percobaan secara benar dan mengolahnya serta menyajikannya dalam bentuk grafik hubungan antara flowrate dengan massa kristal, diameter partikel dengan jumlah kristal yang dihasilkan (CSD). 5. Mampu membuat laporan dan analisis operasi kristalisasi secara tertulis .

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2013

1

KRISTALISASI

1.4

Manfaat Percobaan

1.

Mahasiswa mampu menjelaskan jenis-jenis kristalisasi.

2.

Mahasiswa mampu menjelaskan variabel-variabel operasi dalam kristalisasi.

3.

Mahasiswa mampu merakit dan mengoperasikan alat percobaan MSMPR kristaliser.

4.

Mahasiswa mampu mengambil data-data percobaan secara benar.


2

KRISTALISASI

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Pengertian

Kristalisasi dapat terjadi dari 3 macam fasa yaitu pembentukan partikel-partikel padat kristalin dari fasa uap, dari solute suatu larutan ataupun dari suatu lelehan-melt . Kristalisasi dapat dilakukan dengan pendinginan, penguapan solven, atau penambahan solven tertentu. Kristalisasi dari larutan bertujuan memisahkan suatu solute dari larutan multi komponen sehingga didapat produk dalam bentuk kristal yang lebih murni, sehingga kristalisasi sering dipilih sebagai salah satu cara pemurnian karena lebih ekonomis.

2.2

Pembagian Tahapan Operasi Kristalisasi

Operasi kristalisasi terbagi menjadi:

1.

1.

Membuat larutan supersaturasi (lewat jenuh)

2.

Pembentukan inti kristal (nuclei)

3.

Pertumbuhan kristal

Membuat Larutan Lewat Jenuh (supersaturasi) Bila larutan telah mencapai derajat saturasi tertentu, maka di dalam larutan akan terbentuk zat padat kristalin. Oleh sebab itu derajat supersaturasi larutan merupakan faktor terpenting dalam mengontrol operasi kristalisasi. Ada beberapa cara untuk mendapatkan larutan supersaturasi: a. Pendinginan Larutan Kelarutan zat padat dalam air merupakan fungsi suhu sehingga dengan mendinginkan

larutan

yang

akan

dikristalkan

akan

dicapai

kondisi

supersaturasi dimana konsentrasi solute dalam larutan lebih besar dari konsentrasi larutan jenuh pada suhu tersebut. b. Penguapan Solven Larutan diuapkan solven-nya sehingga konsentrasi solute akan meningkat dan mencapai kondisi supersaturasi. Cara ini digunakan untuk zat yang mempunyai kurva kelarutan relatif mendatar.


3

KRISTALISASI

c. Evaporasi Adiabatis Larutan dalam keadaan panas bila dimasukkan ke dalam ruang vacuum, maka terjadi penguapan dengan sendirinya, karena tekanan totalnya menjadi lebih rendah dari tekanan uap solvent pada suhu itu. Penguapan disertai penurunan suhu akan membuat larutan mencapai kondisi supersaturasi.

d. Reaksi Kimia Bila reaksi kimia dijalankan dalam fasa cair, konsentrasi solute produk reaksi semakin lama akan semakin meningkat sehingga mencapai kondisi supersaturasi.

e. Penambahan Zat Lain Penambahan zat lain yang dapat menurunkan kelarutan zat yang akan dikristalisasi, misalnya larutan NaOH ditambah gliserol, maka kelarutan NaOH menjadi turun dan mencapai kondisi supersaturasi.

2.

Pembentukan Inti Kristal Pembentukan inti kristal secara sistematis dapat dijela skan sbb. Homogen Nukleus Primary Nukleus Heterogen Nukleus Nukleus

Secondary Nukleus

Gambar 2.1 Pembentukan inti kristal

1. Primary Nukleus Proses pembentukan inti kristal ini dapat terjadi pada saat larutan telah mencapai derajat supersaturasi yang cukup tinggi. Nukleasi primer dapat terjadi lewat dua

cara: 

Homogen Nukleus Nukleus di sini pembentukannya spontan pada larutan dengan supersaturasi tinggi, artinya nukleus terbentuk karena penggabungan molekul-molekul solute sendiri



Heterogen Nukleus Pembentukan inti kristalnya masih dalam supersaturasi tinggi, namun dapat dipercepat dengan adanya partikel-partikel asing seperti debu dan sebagainya.


4

KRISTALISASI

2. Secondary Nukleus (Contact Nucleation) Pembentukan inti kristal dengan akibat dari tumbukan ( contact ) antar kristal induk ataupun tumbukan antara kristal induk dengan impeler pengaduk, tumbukan dengan dinding kristaliser ataupun gesekan permukaan kristal induk dengan larutan. Jumlah inti kristal yang terbentuk dapat dinyatakan dengan persamaan: N = (a) (L) b (ΔC)c (P)d di mana: N

: jumlah nuklei (inti kristal) yang terbentuk (jumlah/jam)

L

: ukuran kristal induk (mm)

ΔC

: derajat supersaturasi larutan (mole/lt) atau (oC)

P

: power dari pengaduk (HP)

a,b,c,d

: konstanta-konstanta

Jika: 1.

L >>> maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin besar, kristal

makin besar menyebabkan kemungkinan tumbukan semakin banyak. Pecahan bagian kecil dari kristal menyebabkan terbentuknya inti kristal. 2.

ΔC >>> maka jumlah kristal yang terbentuk juga semakin banyak.

Derajat supersaturasi makin besar maka semakin besar pula kemungkinan terbentuk inti kristal baru. 3.

P >>> maka gaya gesekan partikel larutan atau tumbukan juga semakin

besar sehingga kemungkinan terjadinya pecahan partikel semakin besar, maka inti kristal yang terbentuk juga semakin besar jumlahnya.

: dalam percobaannya, Miers membuat larutan supersaturasi Teori Miers melalui pendinginan larutan belum jenuh (titik a), setelah melewati kurva saturasi A-B larutan menjadi supersaturasi dan dalam grafik dinamai daerah metastabil. Pada tingkat supersaturasi tertentu, kristalisasi mulai terjadi berupa terbentuknya inti kristal primer (titik b). Oleh Miers titik-titik di mana mulai terbentuk inti kristal primer ini dinamai ‘ supersolubility curve’ . Inti-inti kristal yang selanjutnya tumbuh dengan menempelnya solute dipermukaannya sehingga konsentrasi solute dalam larutan akan turun (dari b ke c). Oleh Miers, daerah supersaturasi tinggi di mana inti kristal primer dapat terbentuk disebut daerah labil.


5

KRISTALISASI

Dalam industri, pembentukan inti primer tidak diinginkan, karena cenderung membuat produk kristal berukuran kecil-kecil. Lebih umum digunakan metoda inti sekunder dengan cara menambahkan bibit kristal ( seed ) ke dalam larutan dengan tingkat supersaturasi yang rendah atau sedikit lewat jenuh. Seed ini berfungsi sebagai induk kristal, sumber terbentuknya inti sekunder.

Gambar 2.2 Teori Miers

Untuk sistem kontinyu seeding hanya sekali di saat start up sedang untuk sistem batch seeding dilakukan tiap batch.

3.

Pertumbuhan Kristal Umumnya kristal yang berukuran > 100 mikron kecepatan tumbuhnya tidak tergantung pada ukuran dan dapat dinyatakan dengan: r = a (ΔC) b di mana : r

: kecepatan tumbuhnya Kristal (mm/jam)

ΔC : derajat saturasi (mol/L) a,b : konstanta Derajat saturasi (ΔC) merupakan faktor terpenting dalam proses pertumbuhan kristal. Larutan yang berderajat saturasi tinggi, perbedaan konsentrasi antara permukaan kristal dengan permukaan akan tinggi sehingga kecepatan tumbuh kristal juga semakin tinggi.


6

KRISTALISASI

Teori Di ff usi Solute dari Larutan ke Permukaan Kristal:

Proses kristalisasi merupakan kebalikan dari proses kelarutan, sebagai berikut: K ristal di dalam larutan membentuk daerah ‘boundary layer ’ di permukaannya. Konsentrasi solute di dalam daerah boundary layer ini = konsentrasi jenuhnya (saturasi), karena selalu dalam kondisi kesetimbangan cair-padat. Bila larutan konsentrasinya supersaturasi ( ΔC + ) maka molekul solute akan mendifusi dari larutan kepermukaan kristal (arah panah dari kiri ke kanan), kemudian menempel menjadi molekul kristal, artinya kristal akan tumbuh karena mendapat tambahan molekul di permukaannya. Tetapi bila larutannya belum jenuh ( ΔC -) maka molekul kristal di permukaan akan larut menjadi solute (arah panah dari kanan ke kiri).

Gambar 2.3 Difusi Solute dari larutan ke permukaan kristal

dengan: Cs : konsentrasi saturasi (jenuh) ΔC+ : Konsentrasi supersaturasi (lewat jenuh) ΔC- : konsentrasi unsaturasi (belum jenuh) CL1; CL1* menunjukkan pengaruh adanya pengadukan dalam larutan, sehingga jarak difusi lebih pendek, sebaliknya CL2; CL2* menunjukkan tidak adanya pengadukan sehingga jarak diffusi lebih jauh.

2.3

Grafik CSD & Jenis-Jenis Kristaliser

Keseragaman ukuran produk suatu kristaliser dinyatakan dengan CSD ( Crystal Size Distribution) dan sangat bergantung pada tipe kristalisernya. Ada 2 tipe kristaliser yaitu MSCPR ( Mixed Suspension Classified Product Removal ) dan MSMPR ( Mixed Suspension Mixed Product Removal ). MSCPR crystaliser dapat menghasilkan produk


7

KRISTALISASI

yang relatif lebih seragam ukurannya dibandingkan tipe MSMPR karena ada mekanisme klasifikasinya.

1. Ukuran produk seragam: MSCPR crystallizer

dengan: N

: jumlah Kristal

D

: diameter

Gambar 2.4 Ukuran produk seragam: MSCPR crystallizer

2. Ukuran produk tidak seragam: MSMPR crystallizer

dengan: N

: jumlah kristal

D

: diameter

Gambar 2.5 Ukuran produk tidak seragam: MSMPR crystallizer

Untuk jenis MSMPR, kristal yang diperoleh mempunyai ukuran yang tidak seragam sehingga diameter bervariasi mulai dari ukuran yang tidak terlihat sampai diameter besar. Jenis-Jenis Kristaliser 1. Oslo Surface Cooled Crystalizer Kristaliser ini menggunakan sistem pendinginan dengan pendinginan feed (G) di dalam cooler (H) untuk membuat larutan supersaturasinya. Kemudian larutan supersaturasi ini dengan dikontakkan dengan suspensi kristal dalam ruangan suspensi pada (E). Pada puncak ruang suspensi sebagian aliran larutan induk (D) dikeluarkan untuk mengurangi jumlah inti kristal sekunder yang terlalu banyak terbentuk. Produk slurry dikeluarkan dari bawah.


8

KRISTALISASI

produk

Gambar 2.6 Oslo Surface Cooled Crystallizer

2. Oslo Evaporative Crystalizer Kristaliser ini memakai metoda penguapan solven untuk mendapatkan larutan supersaturasinya. Larutan yang meninggalkan ruang penguapan pada kondisi supersaturated , mendekati daerah metastabil sehingga nukleus primer tidak akan terentuk. Kontak larutan supersaturasi dengan unggun kristal di E akan mendorong pertumbuhan kristal tetapi sekaligus membentuk inti kristal sekunder. Umpan larutan dimasukkan lewat G dan mengalami pemanasan di HE sebelum masuk ke ruang penguapan solven di A. Dengan membuat ruang penguapan bertekanan vacuum maka sebagian solven akan menguap sekaligus diikuti penurunan suhu, larutan akan mencapai kondisi supersaturasi yang dibutuhkan untuk menumbuhkan kristal. Dalam kristaliser tipe ini fungsi sirkulasi larutan adalah untuk pemanasan kembali sekaligus melarutkan kembali sebagian inti kristal sekunder. Hal ini untuk mencegah ukuran produk yang semakin lama semakin mengecil.


9

KRISTALISASI

Gambar 2.7 Oslo Evaporative Crystallizer

3. Draft Tube Buffle-DTB Crystalizer Kristaliser ini bertipe MSCPR karena dilengkapi buffle dan propeler yang berfungsi mengatur sirkulasi kristal magma sedangkan di luar body crystalizer ditambah pompa untuk sistem sirkulasi & klasifikasi ukuran produk. Untuk mencapai kondisi supersaturasi digunakan sistem penguapan s olven dengan tekanan vacuum. Bagian bawah kristaliser ini dilengkapi dengan elutriation leg yang berfungsi untuk mengklasifikasikan kristal hingga didapat produk kristal dalam ukuran tertentu yang relatif seragam. Klasifikasi ukuran kristal di sini didasarkan atas gaya gravitasi dengan jalan sebagai berikut: Jika dalam kristaliser telah terbentuk kristal-kristal dengan ukuran heterogen, maka kristal ini diklasifikasikan ukurannya dengan mengalirkan sebagian larutan dari bawah ke atas dalam ruang elutriation leg dengan menggunakan pompa sirkulasi. Dengan adanya aliran larutan ini, kristal dengan ukuran yang besar akan dapat melawan daya dorong aliran ke atas sehingga tetap dapat turun ke bawah karena gaya gravitasi dan keluar sebagai produk, dengan demikian didapatkan produk dengan ukuran yang homogen. Dengan demikian untuk mendapatkan kristal dengan ukuran tertentu dapat diatur dengan mengatur aliran keatas di dalam elutriation leg . Jika larutan mempunyai kecepatan tinggi, maka dakan didapat kristal dengan ukuran yang besar dan sebaliknya. Kristal kecil yang tidak dapat melawan gaya dorong akan terbawa naik kembali ke ruang kristalisasi untuk ditumbuhkan hingga mencapai


10

KRISTALISASI

ukuran tertentu yang karena beratnya sendiri dapat melawan gaya dorong keatas di dalam elutriation leg . Kristaliser ini juga dilengkapi dengan sistem sirkulasi larutan + inti kristal keluar kristaliser untuk mengurangi jumlah inti kristal di dalam kristaliser. Inti kristal yang berlebih ini akan larut kembali saat lewat HE karena pemanasan. Pengurangan inti kristal ini dimaksudkan agar inti kristal berkurang karena kalau dibiarkan makin lama makin banyak, akibatnya produk kristal cenderung semakin lama semakin halus. Hal ini karena inti kristal membutuhkan solute untuk pertumbuhan selanjutnya, sedangkan jumlah solute dalam feed yang masuk tetap, maka inti kristal tidak cukup banyak mendapat solute untuk tumbuh jadi kristal yang lebih besar.

Gambar 2.8 Draft Tube Baffle Crystallizer

Klasifikasi pada DTB: Kristal dengan ukuran besar akan melawan daya dorong ke atas sehingga dapat turun ke bawah karena gaya gravitasi dan keluar sebagai produk, sehingga didapatkan produk dengan ukuran homogen. Jika ingin mendapatkan kristal dengan ukuran tertentu dapat dengan mengatur aliran ke atas di dalam elutriation leg. Jika larutan kecepatannya tinggi maka didapat kristal dengan ukuran besar, sebaliknya jika larutan kecepatannya rendah maka didapat kristal dengan ukuran kecil.


11

KRISTALISASI

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1

Bahan dan Alat yang Digunakan

A. Bahan yang Digunakan 1. Kristal Tawas 2. Air B. Alat yang Digunakan 1.

3.2

Saturator tank

7.

Tangki pendingin

2. Heater dan controller

8.

MSMPR crystallizer

3.

Pengaduk

9.

Penampung Kristal

4.

Thermoregulator

10. Motor pengaduk

5. Pump

11. Pompa vakum

6.

12. Buffer tank

Valve by pass

Variabel Percobaan

1. Variabel tetap: suhu 55 ⁰C 2. Variabel berubah: flowrat e 3,6 mL/s dan 4,5 mL/s

3.3

Gambar Alat Utama: Kristaliser MSMPR (sistem kontinyu) termometer

termometer

slurry

gas

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Kristaliser MSMPR


12

KRISTALISASI

3.4

Respon Percobaan

- Diameter partikel - Massa produk kristal

3.5

Data yang Dibutuhkan

- Suhu kristaliser - Suhu saturator tank - Flowrate feed - Volume efektif kristaliser

3.6

Prosedur Percobaan

1.

Membuat larutan jenuh tawas pada suatu suhu tertentu di dalam tangki saturator .

2.

Pengaturan suhu dilakukan dengan memakai thermoregulator , setting suhu 55˚C, cek ketelitian (kalibrasi) thermoregulator dengan memakai thermometer biasa.

3.

Hidupkan heater dan pengaduk listrik, tambahkan kristal tawas dengan air secukupnya ke saturator tank , biarkan pemanasan berjalan beberapa lama.

4.

Cek kondisi apakah jenuh atau belum dengan mengukur densitas larutan memakai picnometer . Berat picnometer + larutan sudah konstan, berarti sudah jenuh (tawas tidak bisa melarut lagi).

5.

Jalankan sistem pendingin tangki kristaliser dengan air yang dialirkan kontinyu, atur jepitan selang air pendingin sedemikian rupa sehingga input=output yang ditandai dengan konstannya ketinggian permukaan air pendingin di dalam tangki pendingin kristaliser. Tangki kristaliser diberi tanda untuk volume tertentu misal 5L.

6.

Jalankan pompa, atur flowrate yang menuju tangki kristaliser sesuai dengan yang diinginkan dengan mengatur jepitan aliran recycle. Cek (kalibrasi) flowrate tersebut dengan memakai gelas ukur dan stopwatch.

7.

Siapkan sistem vacuum pengeluaran produk slurry: pompa vacuum, buffer tank dikosongkan. Cek apakah tidak bocor (lewat ujung selang penghisap apakah terasa bila menghisap).

8.

Jalankan pengaduk tangki kristaliser juga permukaan larutan tawas di dalam tangki kristaliser tetap pada tanda 5L pastikan kristal teraduk sempurna karena tipe MSMPR.


13

KRISTALISASI

9.

Jalankan sistem kristalisasi ini sampai dicapai kondisi tunak ( steady state), dengan perkiraan dari start awal selama 3x waktu tinggal cairan di dalam kristaliser.

10. Sebelum tercapai kondisi tunak, kristal + cairan yang dikeluarkan tidak bisa dipakai sebagai produk tetapi dikembalikan ke saturator tank lagi. Setelah tercapai kondisi tunak. Kristal dan cairan dikeluarkan untuk jangka waktu tertentu misalnya 5 menit, tampung dan saring kristalnya, keringkan kristalnya dengan diangin-anginkan. (note: penyaringan kristal diupayakan saat larutannya belum mendingin agar produk kristal tidak bertambah). 11. Ulangi langkah kerja di atas dari awal untuk masing-masing flowrate sehingga diperoleh minimal 3 titik agar bisa dibuat grafik yang baik. 12. Timbang produk kristal, kemudian dilakukan analisa ayak untuk masing-masing variasi flowrate. 13. Hitung berat 1 kristal untuk ukuran ayakan tertentu dengan mengasumsi kristalnya berbentuk bola, kemudian hitunglah jumlah butir kristal yang ada dalam satu ukuran ayakan. 14. Buat grafik kelarutan tawas dalam air sebagai fungsi suhu dengan data dari Perry. 15. Hitung derajat supersaturasi yang terjadi untuk masing-masing flowrate dengan melihat data kelarutan tawas dari suhu saturator dan suhu kristaliser. 16. Buat grafik hubungan berat produk kristal versus derajat supersaturasi dan grafik CSD untuk masing-masing variasi flowrate.


14

KRISTALISASI

BAB 4 HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN 4.1

Hasil Percobaan Tabel 4.1 Hubungan flowrate dengan massa kristal praktis dan teoritis

Flowrate (mL/s)

W teoritis (gr/menit)

W praktis (gr/menit)

%error

3,3

16,872

0,138

99,18%

3,6

18,243

0,288

98,42%

3,9

24,278

0,038

99,84%

4,2

26,147

0,186

99,29%

4,5

22,804

0,494

97,83%

4,8

23,328

0,404

98,26%

Tabel 4.2 Massa kristal tiap tray

Massa kristal (gr)

Diameter partikel (mm)

3,3 mL/s

3,6 mL/s

3,9 mL/s

4,2 mL/s

4,5 mL/s

4,8 mL/s

>0,425

0,13

0,19

0,01

0,06

0,42

0,54

0,25-0,425

0,11

0,33

0,01

0,13

0,38

0,28

0,15-0,25

0,14

0,28

0,02

0,46

0,53

0,37

<0,15

0,31

0,64

0,15

0,28

1,14

0,83

Tabel 4.3 Hubungan diameter dengan jumlah kristal



Jumlah Kristal

Diameter (mm)

(mm)

3,3 mL/s

3,6 mL/s

3,9 mL/s

4,2 mL/s

4,5 mL/s

4,8 mL/s

>0,425

0,601

1059

1539

81

489

3401

4401

0,25-0,425

0,3375

5062

15090

460

5979

17376

12886

0,15-0,25

0,2

30962

61526

4420

101659

116460

81829

<0,15

0,106

460513

944614

22670

415639

1682594

1232987


15

KRISTALISASI

4.1

Pembahasan 4.2.1

Hubungan Flowrate Dengan Massa Kristal 0,6 0,5

0,494

) r g 0,4 ( l a t s i r 0,3 K a s s a 0,2 M

0,404 0,288 0,186 0,138

0,1

0,038

0 3,3

3,6

3,9

4,2

4,5

4,8

Flowrate (mL/s)

Gambar 4.1 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal

Dari gambar 4.1 diketahui bahwa semakin besar flowrate maka massa kristal yang dihasilkan fluktuatif. Pada flowrate 3,3-3,6 mL/s massa kristal yang dihasilkan mengalami kenaikan. Namun pada flowrate 3,9 mL/s mengalami penurunan. Jumlah massa kristal yang dihasilkan pada flowrate 4,24,5 mL/s mengalami kenaikan dan kemudian turun pada flowrate 4,8 mL/s. Data yang didapat tidak sesuai persamaan Di mana

 adalah

         .

massa kristal (gr) berbanding lurus dengan Q

( flowrate). Seharusnya semakin besar flowrate (Q) maka semakin banyak pula massa kristal yang didapat. Hal ini diakibatkan kaena suhu pada saturator tank tidak stabil. Kontrol thermoregulator yang tidak optimal menyebabkan suhu pada saturator tank tidak stabil. Suhu yang tidak stabil menyebabkan cairan yang dipompa menjadi tidak jenuh lagi, sehingga massa kristal yang didapat juga tidak stabil. Selain mengakibatkan suhu tidak stabil, kontrol suhu pada tangki kristaliser yang tidak baik juga akan mengakibatkan

 menjadi tidak

stabil. Kondisi ini menyebabkan massa kristal yang dihasilkan menjadi fluktuatif.


16

KRISTALISASI

4.2.2

Hubungan Diameter Kristal Terhadap Massa Kristal 16 14 12 flowrate 3,3 ml/s flowrate 3,6 ml/s flowrate 3,9 ml/s flowrate 4,2 ml/s

10 N n 8 l

6 4 2 0 0,106

0,2

0,3375

0,601

Diameter rata-rata (mm)

Gambar 4.2 Hubungan Diameter Kristal Terhadap Massa Kristal

Dilihat dari gambar 4.2 semakin besar diameter kristal semakin sedikit massa kristalnya. Artinya diameter kristal berbanding terbalik dengan jumlah kristal (N) seperti pada persamaan berikut: =

 kristal 

 D 



kristal

Dari persamaan di atas dapat diperoleh kesimpulan bahwa jumlah kristal (N) berbanding dengan diameter rata-rata kristal. Hal ini disebabkan karena terbentuknya inti kristal sekunder pada sat pembentukan inti kristal yang berbentuk relatif kecil dan banyak. Proses ini terjadi karena adanya tumbukan antara dinding kristaliser dengan permukaan larutan. Selain hal itu proses pembentukan inti kristal dan pertumbuhan kristal berlangsung secara simultan, kedua proses ini seolah berkompetisi dalam mengontrol distribusi ukuran kristal yang diperoleh (Setyopratomo dkk., 2003). Karena proses nukleasi berada lebih tinggi maka lebih dahulu dari laju pertumbuhan. Kondisi inilah yang membuat kristal yang dihasilkan relatif didominasi oleh ukuran kecil.


17

KRISTALISASI

4.2.3

Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal Tiap Tray Diameter 0,601 mm

Diameter 0,3375 mm

1,2 ) r g 1 ( y a r t 0,8 p a i t l 0,6 a t s i r K0,4 a s s a 0,2 M

0 3,3

3,6

3,9

4,2

4,5

4,8

Flowrate (mL/s)

Gambar 4.3 Hubungan Flowrate Terhadap Massa Kristal Tiap Tray

Dari gambar 4.3 bahwa flowrate yang besar menghasilkan kristal yang didominasi oleh diameter yang kecil 0,106 mm. Hal ini dikarenakan waktu tinggal di tangki kristaliser yang singkat. Dan terlihat pula kecenderungan flowrate semakin besar maka jumlah kristal dengan ukuran kecil semakin banyak. Hal ini dikarenakan waktu tinggal yang singkat pada flowrate yang besar, menyebabkan waktu pertumbuhan kristal semakin singkat, dan berakibat pada ukuran kristal yang dihasilkan yaitu ukuran diameter kristal semakin kecil.

4.2.4

Skala Scale Up 

Flowrate yang digunakan 4,5 mL/s dengan persen eror yang paling sedikit Q = 4,5 mL/s Q = 270 mL/menit Output kristal = 0,494 gr/menit aktu tinggal =

 m  mmenit

= , menit

Volume tangki = 5 L 

Hasil yang diinginkan Kapasitas produksi 2 ton/jam 

 ton  gr  jam =   = .,grmenit jam ton  menit


18

KRISTALISASI

lorte =

output yang diinginkan output skala lab

 lorte skala lab

gr m m menit  =, gr menit menit , menit

, =

 

= 

Volume tangki Waktu tinggal = 18,51 menit V tangki = flowrate scale up x waktu tinggal = 18218,62 L/menit x 18,51 menit =33726,6  ≈   (% lebih)

Jadi untuk menghasilkan kristal kering kapasitas 20 ton/jam maka Q

= 18218,62 L/menit

V tangki

= 370949 L

Waktu tinggal

= 18,51 menit

Waktu tunak

= 18,51 x 3 = 56 menit

T tangki kristaliser

= ˚C

T saturator tank

= ˚C


19

KRISTALISASI

BAB 5 PENUTUP 5.1

Kesimpulan

1.

Massa kristal yang didapat pada kenaikan flowrate tidak stabil, hal ini disebabkan kontrol suhu dan kontrol thermoregulator yang tidak optimal.

2.

Semakin besar diameter kristal massa kristal yang diperoleh semakin kecil karena terbentuknya inti kristal sekunder.

3.

Pada flowrate yang besar didapat kecenderungan jumlah kristal yang kecil lebih banyak, hal ini dikarenakan waktu tinggal yang sebentar.

5.2

Saran

1.

Larutan tawas harus benar-benar lewat jenuh.

2.

Volume tangki kristaliser dijaga 5 L.

3. Flowrate dijaga tetap konstan. 4.

Hati-hati dalam menggunakan thermoregulator.


20

KRISTALISASI

DAFTAR PUSTAKA

Garside, J. and Daupus, R.J.. 1980. Chemical Engineering Common. 4:393. Mullin, J.W.. 1972. Crystallization. 2nd. London: Butterworths. Rusli, I.I., Larisan, M.A. and Garside, J. 1980. Chemical Engineering Process. P, Syn P.Ser, 193 vol 176. Setyopratomo, Puguh, Siswanto, Wahyudi and Ilham, Heru Sugiyanto. 2003.

Studi

Eksperimental Pemurnian Garam NaCl Dengan Cara Rekristalisasi. Unitas. Volume 11, No.2. Tokyokura, K and Aoyama, Y.. 1982. Jace Design Manual series crystallization vol I. Osaka: Jace I Research Centre. Tokyokura, K and Aoyama, Y.. 1984. Jace Design Manual series crystallization vol III. Osaka: Jace I Research Centre. Tokyokura, K.. 1985. Industrial Crystallization. Amsterdam: North-Holland.


21

LAPORAN SEMENTARA

MATERI KELOMPOK ANGGOTA

: KRISTALISASI : I / RABU : 1. ARINA HASBANA AHMAD 2. GIVENI CHRISTINA SILAEN 3. HUTOMO PRESANDITYAR 4. MUTIA ANISSA MARSYA

(21030111120019) (21030111140155) (21030111130081) (21030111140160)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2013

1.

Mengukur densitas 

Berat picno kosong 25 mL = =16,41 gr



Berat picno + larutan =



1)

43,26 gr

8)

43,47 gr

15) 43,62 gr

2)

43,46 gr

9)

43,48 gr

16) 43,75 gr

3)

43,26 gr

10) 43,46 gr

17) 43,6 gr

4)

43,43 gr

11) 43,62 gr

18) 43,6 gr

5)

43,43 gr

12) 43,62 gr

19) 43,6 gr

6)

43,48 gr

13) 43,58 gr

7)

43,50 gr

14) 43,68 gr

larutan =

,, = , grm 

T saturator tank = ˚C T kristaliser

2.

= ˚C

Flowrate 3,6 mL/s

V slurry = 676 mL aktu tinggal =

3.

olume florate

 =

 , menit

    

 =  menit

Flowrate 4,5 mL/s

V slurry = 1169 mL aktu tinggal =

0,425 mm 0,25 mm 0,15 mm lewat 0,15 mm

olume florate

3,6 mL/s 0,19 gr 0,33 gr 0,28 gr 0,64 gr

 =

 , menit

 =  menit

4,5 mL/s 0,42 gr 0,30 gr 0,53 gr 1,14 gr

Semarang, 9 Oktober 2013 Praktikan,

Arina

Giveni

Hutomo

Asisten Laboratorium,

Mutia

Selamet Dwi Y.

LEMBAR PERHITUNGAN I.

Densitas () rata-rata 1.

Pada flowrate 3,9 mL/s dan 4,2 mL/s  rata-rata = 1,0808 gr/mL

2.


3.


II. Menghitung flowrate (Q) dan waktu tinggal a.

Q = 3,2 mL/s Waktu tinggal = 5000 mL/3,3 mL/s = 1515,15 s = 25,25 menit Waktu steady state = 3 x waktu tinggal = 3 x 25,25 menit = 75 menit

b.

Q = 3,6 mL/s Waktu tinggal = 5000 mL/3,6 mL/s = 1388,88 s = 23,14 menit Waktu steady state = 3 x waktu tinggal = 3 x 23,14 menit = 69,44 menit = 1 jam 9 menit

c.

Q = 3,9 mL/s Waktu tinggal = 5000 mL/3,9 mL/s = 1282,05 s = 21,36 menit Waktu steady state = 3 x waktu tinggal = 3 x 21,36 menit = 64,10 menit = 1 jam 4 menit

d.

Q = 4,2 mL/s Waktu tinggal = 5000 mL/4,2 mL/s = 1190,47 s = 19,84 menit Waktu steady state = 3 x waktu tinggal = 3 x 19,84 menit = 59,52 menit

e.


f.


III. Derajat Saturasi Flowrate (mL/s) 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8

T Saturator T Kristaliser (˚C) (˚C) 56 41 55 43 55 40 55 40 55 43 52 40

S Saturator (gr/100 cc air) 54,6 55,7 55,7 55,7 55,7 53,6

S Kristaliser (gr/100 cc air) 46,7 47,9 46,1 46,1 47,9 46,7

IV. Perhitungan Produk Teoritis ω teoritis = ΔC . flowrate . aktu pengambilan .  larutan = (0,077 gr/cm 3 air) (5 menit x 60) (3,6 mL/s) (1,087 gr/mL) = 91,21 gr/5 menit ω praktis = 1,44 gr/5 menit = 0,288 gr/menit % error

=



Flowrate (mL/s) 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8

ω teoritis-ω praktis ω teoritis

ω Teoritis (gr/menit) 16,81 18,24 24,27 26,14 22,804 23,328

 % = 

 % = ,%

,-,

ω Praktis (gr/menit) 0,138 0,288 0,038 0,186 0,494 0,404

,

% error 99,18% 98,42% 99,84% 99,29% 97,83% 98,26%

V. Perhitungan Jumlah Kristal (CSD)

 

umlah kristal  = Diameter partikel (mm) >0,425 0,25-0,425 0,15-0,25 <0,15

massa kristal  r   kristal 



3,3 0,13 0,11 0,14 0,31

3,6 0,19 0,33 0,28 0,64



D = , =, mm D = D = D =

,,  ,,  ,

 

= , mm

= , mm

= , mm

Massa Kristal 3,9 4,2 0,01 0,06 0,01 0,13 0,02 0,46 0,15 0,28

4,5 0,47 0,38 0,53 1,14

4,8 0,54 0,28 0,37 0,83

ΔC 0,0789 0,0777 0,096 0,096 0,0777 0,075

Diameter rata-rata



D (mm) >0,425 0,25-0,425 0,15-0,25 <0,15

D (mm) 0,601 0,3375 0,2 0,106

D (mm) >0,425 0,25-0,425 0,15-0,25 <0,15

D (mm) 0,601 0,3375 0,2 0,106



3,3 mL/s N ln N 1059 6,96 5062 8,53 30962 10,34 460513 13,04

3,6 mL/s N ln N 1539 7,33 15090 9,62 61526 11,02 944614 13,76

3,9 mL/s N ln N 81 4,39 460 6,13 4420 8,393 22670 12,31

4,2 mL/s N ln N 489 6,192 5979 8,69 101659 11,52 415639 12,93

4,5 mL/s N ln N 3401 8,13 17376 9,76 116460 11,67 1682594 14,33

4,8 mL/s N ln N 4401 8,39 12886 9,46 81829 11,31 1232987 14,02

Setyopratomo, Siswanto, Ilham, Studi Eksperimental Pemurnian Garam

STUDI

EKSPERIMENTAL

NACL

DENGAN

CARA

PEMURNIAN

GARAM

REKRISTALISASI

Puguh Setyopratomo, Wahyudi Siswanto dan Heru Sugiyanto Ilham

Jurusan Teknik Kimia, Universitas Surabaya

Abstrak

Kristalisasi dari larutan dikategorikan sebagai salah satu proses pemisahan yang efisien. Secara umum, tujuan dari proses kristalisasi adalah menghasilkan produk kristal dengan kualitas seperti yang diharapkan. Kualitas kristal yang dihasilkan dapat ditentukan dari pa ra me te r-p ar am et er pr od uk ya itu di st ri bu si uk ur an kr is ta l) , kemurnian kristal dan bentuk kristal. Salah satu syarat terjadinya kiristalisasi adalah terjadinya kondisi supersaturasi. Kondisi supersaturasi adalah kondisi dimana konsentrasi larutan berada di atas harga kelarutannya. Kondisi supersaturasi ini dapat dicapai dengan cara penguapan, pendingin atau gabungan keduanya. Terdapat dua phenomena penting pada proses kristalisasi yaitu pembentukan inti kristal (nukleasi) dan pertumbuhan kristal ( crystal growth ). Dari penel iti an did apatk an bahwa garam yang ber asal dari tamba k mempunyai kandungan NaCl sebesar 88,38 %. Melalui proses pencucian dan rekristal isasi maka kualitas garam terse but dapat ditingkatkan dengan meningkatnya kandungan NaCl hingga 99,01 %. Kata kunci : crystallization, purification, sodiun chloride

PENDAHULUAN Kristalisasi memegang peranan yang sangat penting dalam industri kimia. Hal ini mengingat kurang lebih 70 % dari produk-produk kimia dihasilkan dalam bentuk padatan/kristal. euntungan dari menghasilkan produk dalam bentuk padatan antara lain adalah biaya

17

Unitas, Maret 2003 - Agustus 2003, Vol. 11 no.2

transportasi lebih murah, padatan lebih tahan terhadap kerusakan akibat terjadinya dekomposisi dan bentuk padatan lebih memudahkan dalam pengepakkan dan penyimpanannya. Kristalisasi dikatagorikan sebagai salah satu proses pemisahan yang efisien. Pada umumnya tujuan dari proses kristalisasi adalah untuk pemisahan dan pemurnian. Adapun sasaran dari proses kristalisasi adalah menghasilkan produk kristal yang mempunyai kualitas seperti yang diinginkan. Kualitas kristal antara lain dapat ditentukan dari tiga par amete r ber iku t yaitu : distribusi uku ran kri stal ( Crystal Size Distribution, CSD), kemurnia kristal (crystal purity) dan bentuk kristal

(crystal habit/shape). Pada proses kristalisasi kristal dapat diperoleh dari lelehan (melt crystallization) atau larutan ( crystallization from solution). Dari kedua proses ini yang paling banyak dijumpai di industri adalah kristalisasi dari larutan. Tujuan penelitian ini adalah mempelajari efektifitas pemurnian garam NaCl dengan cara rekristalisasi.

TEORI Mekanisme kristalisasi

Kristalisasi dari larutan terdiri dari dua phenomena yang berbeda : pembentukan inti kristal/nukleasi ( nucleation) dan pertumbuhan kristal (crystal growth). Baik nukleasi maupun pertumbuhan kristal memerlukan kondisi supersaturasi dari larutannya. Supersaturasi didefinisikan sebagai perbedaan antara konsentrasi aktual dalam larutan dan konsentrasi dimana fasa cair secara termodinamik berkesetimbangan dengan fasa padat (kelarutan).

18


Keadaan supersaturasi dapat diperoleh dengan beberapa cara yaitu : dengan perubahan suhu (pendinginan untuk sistem yang gradien kurva kelarutannya positif atau pemanasan untuk sistem yang gradien kurva kelarutannya negatif), dengan pemisahan pelarut (biasa nya dengan penguapan) atau dengan penambahan bahan tertentu ( drowning-out agent ).

Pada diagram konsentrasi terhadap suhu , kelarutan suatu bahan digambarkan sebagai kurva kelarutan ( solubility ). Kelarutan suatu bahan ada yang naik terhadap kenaikan suhu (gradien positif), tetapi ada juga yang turun terhadap kenaikan suhu (gradien negatif). Ada bahan yang gradien kurva kelarutannya sangan besar, tetapi juga ada yang gradien kurva kelarutannya kecil. Semua sifat-sifat tadi ikut menentukan pemilihan metode kristalisasi yang akan digunakan. Daerah di bawah kurva solubility adalah daerah undersaturated, sehingga daerah ini dikatagorikan daerah stabil karena pada daerah ini tidak akan terjadi peristiwa pembentukan inti kristal (nukleasi). Kurva supersolubility adalah batas dimana nukleasi spontan mulai terjadi. Daerah antara kurva solubility dan supersolubility disebut metastable zone . Kedudukan kurva supersolubility dapat bergeser tergantung

beberapa variabel proses, sehingga lebar daerah metastabil ( metastable zone width) juga bisa berubah-ubah. Pada daerah metastabil ini bisa

terjadi nukleasi sekunder. Daerah diatas kurva supersolubility disebut daerah labil karena pada daerah ini nukleasi spontan pasti terjadi yang mengakibatkan konsentrasi turun dan membawa kondisi keluar dari daerah ini.

19


Nukleasi (nucleation)

Nukleasi adalah terbentuknya inti kristal yang muncul dari larutan. Teori nukleasi menyatakan bahwa ketika kelarutan dar i larutan telah dilewati ( supersaturated ), molekul-molekul mulai mengumpul dan membentuk cluster . Cluster tersebut akhirnya akan mencapai ukuran tertentu yang disebut critical cluster . Penambahan molekul lebih lanjut ke critical cluster akan melahirkan inti kristal (nucleus). Untuk menjadi inti kristal yang stabil maka cluster harus mempunyai ketahanan terhada p kecenderungan unutk melarut kembali dan terorientasi pada lattice tertentu. Klasifikasi nukleasi digambarkan dengan skema sebagai berikut : Nukleasi

Primer

Homogen (spontan)

Sekunder (dipengaruhi oleh kristal)

Heterogen (dipengaruhi partikel asing)

Gambar 1 : Skema Klasifikasi Nukleasi

Nukleasi primer ada lah nukleasi pad a sistem yan g tid ak mengandung kristal. Nukleasi spontan adalah nukleasi dalam larutan lewat jenuh yang terbebas dari padatan kristal adatu padatan lainnya. Sedangkan nukleasi heterogen adalah nukleasi dalam larutan lewat jenuh di mana terdapat substansi padatan asing dalam larutan. Kinetika nukleasi secara umum dapat digambarkan oleh persamaan empirik berikut : b B = K N ( ∆C ) ………………………………(1)

20


dimana : B

: laju nukleasi

K N : konstanta laju nukleasi ∆C

b

: supersaturasi (∆C = C – C* ; C* : kelarutan) : konstanta empiris (umumnya : 2 – 5)

Pertumbuhan Kristal (crystal growth)

Tahap berikutnya dalam proses kristalisasi adalah inti bertumbuh menjadi lebih besar dengan penambahan molekul solut dari larutan lewat jenuh. Phenomena ini disebut pertumbuhan kristal ( crystal growth). Berthoud (1912) dan Valeton (1924) menggambarkan model pertumbuhan kristal dengan model pertumbuhan dua tahap, yaitu proses difusi, di mana molekul solut berpindah dari bulk fase liquid ke permukaan solid, diikuti tahap reaksi orde satu, di mana molekul solut menyusun dirinya dalam geometri kristal ( crystal lattice). Daya dorong terjadinya kedua tahap ini adalah perbedaan konsentrasi, yang dapat ditunjukkan oleh persamaan sebagai berikut : dm

dan

dt

=

dm dt

=

kd

kr

⋅

⋅

A ⋅ (C

−

A ⋅ (Ci

Ci )

−

…………………….(2)

C *) …………………….(3)

di mana : m : masa padatan yang terdeposit selama waktu t C Ci

: konsentrasi solut dalam larutan :konsentrasi solut pada bidang antarfasa kristal-larutan

C* : konsentrasi jenuh kesetimbangan k d : koefisien perpindahan massa difusi k r : konstanta laju reaksi permukaan

21


Secara skematik model pertumbuhan dua tahap ini digambarkan pada Gambar 3

Cb L A

Cb - Ci = driving force untuk difusi

T S

Konsentrasi

Y

Ci

R C

Ci - C* =driving force untuk integrasi

C*

Stagnant Film

Badan larutan

Gambar 2 : Driving Force Konsentrasi dalam Teori Difusi-reaksi

Persamaan (2) dan (3) sulit untuk diterapkan dalam prakteknya karena mengandung konsentrasi antarfasa (interfacial) yang sulit diukur. Biasanya lebih disukai bentuk yang mengeliminasi mengeliminasi Ci dengan menetapkan driving force overall, C - C*, yang lebih mudah diukur. Persamaan umum untuk laju pertumbuhan kristal berdasarkan driving force overall tersebut adalah : dm dt

=

KG

⋅

A ⋅ (Cb

−

C *)

..…………………(4)

di mana K G adalah koefisien laju pertumbuhan kristal overall, yang juga dapat dituliskan dalam bentuk : K G

22

=

k d

⋅

k d

+

k r k r

…………………………...(5)


Nukleasi dan pertumbuhan kristal berlangsung secara simultan, dan keduanya seolah berkompetisi dalam mengontrol distribusi ukuran kristal yang dideroleh. Karena pada nukleasi supersaturasi berorde lebih tinggi dari laju pertumbuhan kristal, maka kristalisasi pada tingkat supersaturasi yang tinggi akan cenderung menghasilkan kristal dengan distribusi ukuran yang akan didominasi oleh ukuran yang kecil.

Pengotor ( Impurities)

Pengotor yang ada pada kristal terdiri dari dua katagori, yaitu pengotor yang ada pada permukaan kristal dan pengotor yang ada di dalam kristal. Pengotor yang ada pada permukaan kristal berasal dari larutan induk yang terbawa pada permukaan kristal pada saat proses pemisahan padatan dari larutan induknya ( retention liquid ). Pengotor pada permukaan kristal ini dapat dipisahkan hanya dengan pencucian .Cairan yang digunakan untuk mencuci harus mempunyai sifat dapat melarutkan pengotor tetapi tidak melarutkan padatan kristal. Salah satu cairan yang memenuhi sifat diatas adalah larutan jenuh dari bahan kristal yang akan dicuci,namun dapat juga dipakai pelarut pada umumnya yang memenuhi kriteria tersebut. Adapun pengotor yang berada di dalam kristal tidak dapat dihilangkan dengan cara pencucian. Salah satu cara untuk menghilangkan pengotor yang ada di dalam kristal adalah dengan jalan rekristalisasi, yaitu dengan melarutkan kristal tersebut kemudian mengkristalkannya kembali. Salah satu kelebihan proses kristalisasi dibandingkan dengan proses pemisahan yang lain adalah bahwa pengotor hanya bisa terbawa dalam kristal jika terorientasi secara bagus dalam kisi kristal.

23


METODOLOGI Pada penelitian ini garam yang akan dimurnikan didapat dari tambak. Garam tambak tersebut mula-mula dicuci terlebih dahulu dengan larutan jenuh garam NaCl. Tujuan dari pencucian ini adalah untuk memisahkan pengotor-pengotor yang ada pada permukaan kristal. Selanjutnya dibuat larutan jenuh dari garam yang telah dicuci tersebut. Larutan jenuh garam NaCl ini selanjutnya dipanaskan dari suhu kamar sampai titik didihnya di dalam kristaliser batch dengan volume 1,5 liter. Setelah mencapai titik didihnya pemanasan dilakukan terus sehingga terjadi penguapan air dan kristalisasi garam dari larutan. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan oli pemanas yang berada di dalam jacket kristaliser. Selama proses kristalisasi dilakukan pengadukan pada kecepatan 300 – 500 rpm dan pencatana suhu larutan dari waktu ke waktu. Pada akhir percobaan kristal yang terbentuk dipisahkan dari larutan induknya dengan cara penyaringan. Kristal yang telah terpisahkan selanjutnya dikeringkan dengan menggunakan udara sekitar. Selanjutnya dilakukan analisa kandungan pengotor ( impurities) dari kristal yang sudah

kering tersebut dengan metode spektrofotometri dan titrasi kompleksometri. Dari hasil analisa kandungan impurities ini selanjutnya ditentukan kadar NaCl dalam garam. Pada tahap akhir dilakukan pengayakan terhadap kristal yang sudah kering untuk mengetahui distribusi ukuran kristal dan rata-rata ukuran kristal. Dari harga ratarata ukuran kristal ini dapat diketahui laju pertumbuhan kristalnya ( crystal growth rate).

HASIL DAN DISKUSI Kemurnian garam

Kadar NaCl dan pengotor dari umpan (garam tambak), garam 24


tambak tercuci dan garam hasil rekristalisasi dapat dilihat pada Tabel-1 berikut : JENIS GARAM

%

%

%

%

%

NaCl

MgCl2

MgSO4

CaSO4

Insoluble

Garam tambak

88,38

1,47

1,65

0,29

8,20

Garam tercucian

94,71

0,65

0,47

0,25

3,92

Garam kristalisasi

99,01

0,10

0,03

0,05

0,82

Dari Tabel-1 di atas terlihat bahwa pencucian berperanan cukup besar dalam meningkatkan kandungan NaCl karena pencucian dapat menurunkan kadar pengotor. Hal ini menunjukkan bahwa cukup besar pengotor yang berada pada permukaan garam yang diperleh langsung dari tambak. Pada tahap berikutnya dengan rekristalisasi kandungan pengotor dapat diturunkan lagi sampai harga yang cukup kecil sehingga didapatkan garam dengan kandungan NaCl mencapai 99,01 %. Pada tahap rekristalisasi ini pengotor-pengotor yang berada /terperangkap di dalam kristal akan terlepaskan dari kristal karena pelarutan kristal. Selanjutnya proses kristalisasi mempunyai selektifitas yang cukup tinggi sehingga kadar pengotor yang masih berada dalam kristal yang dihasilkan cukup kecil.

Laju Pertumbuhan Kristal ( crystal growth rate)

Salah satu phenomena yang penting dari kristalisasi adalah pertumbuhan kristal. Tahap ini sangat berperanan dalam menghasilkan distribusi ukuran kristal. Menurut teori difusi-reaksi pertumbuhan kristal dapat dikontrol oleh tahap difusi atau reaksi. Jika tahap yang mengontrol adalah tahap difusi maka laju pertumbuhan kristal dapat ditingkatkan dengan meningkatkan laju pengadukan. Meningkatnya laju pengadukan

25


akan meningkatkan harga bilangan Reynold dari sistem dan akan mengurangi tebal lapisan film. Dengan menurunnya tebal lapisan film ini akan meningkatkan koefisien difusi zat terlarut (k d ) maupun koefisien overall (K G) yang berarti akan meningkatkan laju pertumbuhan kristal. Tabel-2 berikut menyajikan data yang diperoleh dari percobaan dengan kecepatan pengadukan yang berbeda. T nukleasi adalah menit (dihitung mulai awal percobaan) saat nukleasi pertama terjadi. Sedangkan T akhir adalah menit pada saat per cobaan dihentikan. Jadi selisih antara T akhir dan T nukleasi adalah merupakan rentang waktu yang digunakan untuk pertumbuhan kristal.

Tabel-2 : Laju Pertumbuhan Kristal

Kecepatan pengadukan

300 rpm

400 rpm

500 rpm

26

Diameter rata-rata kristal (µm) 301,2

296,2

294,0

T nukleasi T akhir laju pertumbuhan kristal T nukleasi T akhir laju pertumbuhan kristal T nukleasi T akhir laju pertumbuhan kristal

134 230 3,2

menit menit (µm/menit)

125 230 2,8


113 230 2,5



Dari data percobaan yang disajikan dalam Tabel-2 di atas terlihat bahwa meningkatnya laju pengadukan tidak mengakibatkan meningkatnya laju pertumbuhan kristal. Dengan demikian hasil ini menunjukkan bahwa laju pertumbuhan pada kristalisasi garam NaCl tidak dikontrol oleh tahap difusi.

KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut : 1. Pencucian berperanan cukup besar dalam meningkatkan kandungan NaCl karena pencucian dapat menurunnkan kadar pengotor. Hal ini menunjukkan bahwa cukup besar pengotor yang berada pada permukaan garam yang diperleh langsung dari tambak 2. Dengan rekristalisasi kandungan pengotor dapat diturunkan lagi sampai harga yang cukup kecil sehingga didapatkan garam dengan kandungan NaCl mencapai 99,01 %. 3. Laju pertumbuhan pada kristalisasi garam NaCl tidak dikontrol oleh tahap difusi.

DAFTAR PUSTAKA De Haas, M.P., 1999. Eutectic Freeze Crystallization. experimental research on the separation of acid KNO 3-HNO3-H 2O-solution in a 15 liter Cooled Disc Column Crystallizer. Laboratory For

Process Equipment. TU Delft. Geankoplis, C.J. 1993. Transport Processes and Unit Operations, edisi 3, halaman 737-747. Prentice-Hall, Inc. Industrial Crystallization and Precipitation Workshop. 1998. The AJ

Parker Cooperative Research Centre for Hydrometallurgy and The Technical University of Delft.

27


Kirt-othmer. 1991. Encyclopedia of Chemical Technology, Volume XXI, halaman 865-903. U.S.A. : John Willey and Sons. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C., Harriott, Peter. 1976. Unit Operations of Chemical Engineering, edisi 5, halaman 894-899. New York :

Mc Graw-Hill Book Company. Mullin, J.W. 1993. Crystallization , 3rd edition. Butterworth-Heinemann Ltd. Sedivy, V.M.1993. Purification of Salt for Chemical and Human Consumption. Krebs Swiss. Zurich. Swittzerland.

28

KRISTALISASI

Recommend Documents